بررسی و اندازه‌گیری دما در صنایع و بخش‌های مختلف یکی از مهم‌ترین اعمالی است که باید بدون خطا انجام شود، هرگونه کوتاهی و بی‌دقتی در اندازه‌گیری دما و حرارت میتواند موجب آسیب و خسارات بسیاری شود. سنسور دما یا ترموکوپل یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین قطعاتی الکتریکی است که با آن دمای قطعات و سایر تجهیزات را در حوزه صنعت و تولیدات اندازه‌گیری می‌کنند. در ادامه این مقاله از ترمودیجیت قصد داریم تا علاوه بر آشنایی با ترموکوپل به کاربردهای این قطعه در بخش‌های مختلف هم اشاره کنید.
ترموکوپل چیست؟
یکی از رایج‌ترین تجهیزات اندازه‌گیری دما در صنعت، ترموکوپل یا thermocouple است که بر اساس پدیده سیبک(Seebeck) ساخته شده و قادر است اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل کند. ترموکوپل از دو فلز غیرهمجنس مانند آهن و کنستانتان ساخته شده و به صورت الکتریکی از یک طرف به یکدیگر وصل می‌شوند و در این نقطه اتصال گرم ایجاد می‌شود.
کاربردهای مختلف ترموکوپل
ترموکوپل‌ها با توجه به ویژگی‌هایی که دارند در صنایع مختلفی استفاده می‌شوند که از رایج‌ترین کاربردهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و پالایش به منظور جلوگیری از رطوبت و گرمایش بیش از حد از ترموکوپل استفاده می‌کنند. برخی از محصولات در این صنعت دارای روکش تفلونی هستند که در برابر حملات شیمیایی مقاوم هستند، این سنسورها به صورت مستقیم در پروسه فرآیند آن‌ها نصب می‌شوند.
- از سنسورهای ترموکوپل در صنعت موادغذایی استفاده می‌کنند زیرا قدرت خوانایی بسیار بالایی دارند و محصولات غذایی در هر مرحله را می‌توان بررسی کرد. ترموکوپل‌ها در این بخش دو نوع هستند که توسط دو سیم ناهمنوع به هم متصل می‌شوند. پروب‌های مسطح در این بخش دمای سطح را اندازه‌گیری می‌کند و پروب‌های سوزنی اندازه‌گیری دمای هوا را انجام می‌دهند.
- در کوره‌های برقی و حرارتی از ترموکوپل استفاده می‌کنند بدین ترتیب اگر ترموکوپل نتواند شعله گاز را حس کند جریان گاز را قطع می‌کند. از طرفی ترموکوپل میتواند مانع تجمع گاز در کوره شود.
- برخی از ترموکوپل‌ها قادرند تا دمای فلزات مایع را در طول عملیات آماده‌سازی، نگهداری، یخ زدایی و ریخته‌گری اندازه‌گیری کنند.
- از ترموکوپل در وسیله‌های گازسوز استفاده می‌کنند، وظیفه یک ترموکوپل آن است که به شیر گاز سیگنال دهد تا پیلوت را روشن کند. بدین ترتیب سنسور گرمای شعله را تشخیص می‌دهد و ولتاژی تولید می‌کند تا جریان گاز حفظ شود.
- از ترموکوپل برای مصارف پزشکی و بیمارستانی هم استفاده می‌کنند، این سنسورها بسیار خاص هستند و می‌توانند دمای بدن و سایر تجهیزات حساس به گرما را بدون هیچگونه مشکلی اندازه‌گیری کنند.
- از دیگر کاربردهای این قطعه می‌توان به سنسورهای دما در ترموستات در ادارات، خانه‌ها و غیره اشاره کرد.
مزایا و معایب استفاده از ترموکوپل
ترموکوپل هم مانند هر قطعه کاربردی دیگری دارای مزایا و معایبی است که شناخت آن‌ها در استفاده از این قطعه تاثیرگذار است.
مزایای استفاده از ترموکوپل
- ترموکوپل در مقایسه با سایر سنسورها ساختار بسیار ساده‌ای دارد و یک گزینه مقرون به صرفه و اقتصادی است.
- کارکردن با این قطعه بسیار راحت و آسان است، هر ترموکوپل از دو فلز غیرهمنوع ساخته شده است.
- ترموکوپل دامنه عملیاتی بسیار وسیعی دارد و می‌توان در دماهای بالا از آن استفاده کرد. معمولا رایج‌ترین ترموکوپل‌هایی که در بخش‌های مختلف استفاده می‌شوند در محدوده دمای 200- تا 2500 درجه سانتی‌گراد عملکرد و بازده خوبی دارند.
- ترموکوپل با وجود اینکه ساختار ساده‌ای دارد اما بسیار ناهموار است. این قطعه در برابر لرزش، فشار خارجی، ضربه، عوامل فیزیکی و مواد شیمیایی مقاوم است.
- ترموکوپل یک قطعه فعال است و نیازی به منبع جریان یا ولتاژ ندارد.
- ترموکوپل‌ها انواع مختلفی دارند که با حروف بزرگ انگلیسی نامگذاری می‌شوند.
- این قطعات ابعاد و اندازه مناسبی دارند. جفت‌های حرارتی محل اتصال کوچکی دارند که خواص دینامیکی آن‌ها با اندازه و ابعاد آن ارتباط مستقیمی دارد.
- تمامی سنسورها با کد رنگی مشخص شده‌اند.
- ترموکوپل‌های بسیار ایمن هستند و با ویژگی self-heating که دارند نیاز به هیچ قدرت تحریکی نخواهند داشت.
معایب استفاده از ترموکوپل
- یکی از بزرگ‌ترین عیب‌های ترموکوپل غیر خطی بودن آن است، این غیرخطی بودن باعث خطا در اندازه‌گیری می‌شود.
- این قطعه دارای محدودیت در سنسور دقت اندازه‌گیری است و نشان دادن دماهای کمتر از 1 درجه سانتی‌گراد برای آن مشکل خواهد بود.
- ولتاژ خروجی ترموکوپل بسیار کوچک است و همین مسئله باعث تداخل الکتریکی در محیط‌های شلوغ می‌شود.
- ترموکوپل در برابر خوردگی و سایش کمی ضعیف است و نیاز به مراقبت بیشتری دارد، ترموکوپل‌ها بسیار ظریف هستند و سریع آسیب می‌بینند.
- اتصال سرد و جبران ساز در این قطعه بسیار ضروری است و مدار رابط باید اتصال جبران ساز را مهیا کند.
- خطاهای اندازه‌گیری در ترموکوپل موجب اتصال ضعیف می‌شود و به طور ناخواسته موجب مشارکت ولتاژ ترموالکتریک در اندازه‌گیری می‌شود.
انواع ترموکوپل و موارد استفاده
ترموکوپل‌ها انواع و اقسام مختلفی دارند، در ادامه با انواع ترموکوپل آشنا خواهید شد:
↫ ترموکوپل‌های فلزی
ترموکوپل‌هایی که بر روی غلاف‌های فلزی مونتاژ و نصب می‌شوند را ترموکوپل فلزی می‌نامند.
‣ ترموکوپل نقره-کروم (Type K)
این نوع ترموکوپل در بازه دمای 120- تا 1200 درجه عملکرد خوبی خواهد داشت. این نوع در برابر سایش و خوردگی در صنایع سنگین بسیار مقاوم هستند به همین دلیل در صنایع سیمان و آلومینیوم از آن استفاده می‌شود.
‣ ترموکوپل توپاک (Type T)
ترموکوپل توپاک در بازه دمای 250- تا 400 درجه سانتی‌گراد فعالیت می‌کند، قدرت ترموالکتریک، حساسیت بالا و قیمت بسیار مناسبی دارد.
‣ ترموکوپل آهن-کنستانتان (Type J)
این مدل در مقایسه با سایر ترموکوپل‌ها در دمای بالا دوام و ماندگاری نخواهد داشت. ترموکوپل J در دمای 180- تا 750 درجه سانتی‌گراد فعالیت می‌کند و دامنه دمایی بسیار محدودی دارد، همین موضوع باعث شده تا در محیط‌های اکسید کننده و دمای بالا از آن استفاده نکنند.
↫ ترموکوپل‌های نیمه‌رسانا
ترموکوپل‌های نیمه رسانا در دو دسته تیپ E و S قرار گرفته‌اند.
‣ ترموکوپل بیسموت-تلوریم (Type E)
این نوع ترموکوپل غیرمغناطیسی در بازه دمای 40- تا 900 درجه سانتی‌گراد فعالیت می‌کند و فقط در این دما عملکرد درستی خواهد داشت. در دمای بالا قطعا نمی‌تواند پاسخگوی نیاز دستگاه باشد و ممکن است در اثر استفاده طولانی مدت دستگاه دچار آسیب شود.
‣ رترموکوپل تلوریم-تلوریم اکسید (Type S)
این مدل در دمای 0 تا 1700 درجه سانتی‌گراد عملکرد درستی دارد و همانطور که از دامنه دمایی آن پیداست گزینه مناسبی برای استفاده در دمای بالا است. از این ترموکوپل در پالایشگاه‌ها و کوره‌های پخت و بخش‌هایی که نیاز به دمای بالا دارند استفاده می‌کنند.
↫ ترموکوپل های نادر
برخی از ترموکوپل‌ها به دلیل ساختاری و ویژگی‌هایی که دارند کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و با نام ترموکوپل‌های نادر شناخته می‌شوند.
‣ ترموکوپل تایپ R
پلاتین و رادیوم از عناصر اصلی سازنده این نوع ترموکوپل هستند، ترموکوپل تیپ R در بازه دمای 0 تا 1700 درجه سانتی‌گراد فعالیت می‌کند و اگر در دمای بالاتر یا پایین‌تر از این میزان قرار بگیرد عملکرد درستی نخواهد داشت.
‣ ترموکوپل تایپ B
یکی از نادرترین ترموکوپل‌ها تیپ B است که در دمای 0 تا 1800 درجه سانتی‌گراد میتواند به درستی عمل کند. در ساخت این نوع ترموکوپل هم از پلاتین و رادیوم استفاده کرده‌اند.
- ترموکوپل‌های آلیاژی و تیتانیوم هم از دیگر ترموکوپل‌های نادر و کمیاب هستند که بر اساس ساختاری که دارند به ندرت از آن‌ها استفاده می‌کنند.
فاکتورهای تاثیرگذار بر دقت ترموکوپل
از مهم‌ترین فاکتورهایی که می‌توانند بر عملکرد و دقت ترموکوپل تاثیرگذار باشند می‌توان به نوع ترموکوپل، طول کابل، نوع کابل و نوع اتصال آن اشاره کرد.
چطور ترموکوپل مناسب را انتخاب کنیم؟
ترموکوپل انواع مختلفی دارد و با توجه به کاربرد و ویژگی‌های آن‌ها باید بدانید که از ترموکوپل در چه بخش‌هایی می‌توان استفاده کرد. بدین ترتیب شناخت نکات مهم در زمان خرید و انتخاب ترموکوپل میتواند به شما در خرید یک ترموکوپل مناسب کمک کند.
برای انتخاب یک ترموکوپل مناسب باید به چند شاخصه مهم توجه داشته باشید:
- ابتدا باید هدف خود را از خرید ترموکوپل مشخص کنید، اینکه برای چه بخشی می‌خواهید از آن استفاده کنید بسیار مهم است.
- محدوده دمایی ترموکوپل را باید بدانید و از آن آگاه باشید، ترموکوپل دارای یک محدوده دمای حداقل و حداکثر است که مشخص می‌کند از آن می‌توانید در چه صنایعی استفاده کنید. علاوه بر آن باید با عوامل موثر بر تغییر دمای ترموکوپل هم آشنا شوید، برخی عوامل می‌توانند دمای این قطعه را تغییر دهند.
- غلاف آن را بررسی کنید و ببینید که آیا مقاوم است یا خیر، مواد غلاف باید در برابر واکنش‌های شیمیایی مقاوم باشند تا بتوانند در محیط‌های مختلف در برابر عوامل خارجی دوام داشته باشند.
- اتصالات، کابل‌ها و سیم‌های مناسب ترموکوپل را پیدا کنید.
در صورت بررسی این موارد می‌توانید یک ترموکوپل مناسب را پیدا کنید تا دمای مورد نظر را به درستی اندازه‌گیری کند.
روش های نصب و استفاده از ترموکوپل ها
نصب ترموکوپل کار چندان ساده و آسانی نیست و باید برای نصب آن از یک کارشناس کمک بگیرید. این قطعات وظیفه اندازه‌گیری دمای محیط را به عهده دارند و باید دقت بالایی داشته باشند تا اندازه‌گیری را بدون خطا انجام دهند.
- ابتدا باید ترموکوپل مورد نظر را انتخاب کنید سپس محیط را برای نصب آن آماده کنید. این کار را با پاکسازی، از بین بردن آلودگی‌ها و چربی‌ها و گرد و غبار انجام دهید.
- در مرحله بعدی باید محلی که ترموکوپل در آن نصب می‌شود را مشخص کنید، تعیین محل قرارگیری ترموکوپل و موقعیت مناسب و دقیق آن از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مرحله باید مطمئن شوید که ترموکوپل بدون هیچ عیب و ایرادی به درستی در محل نصب شده است.
- بعد از انجام این کارها نوبت به نصب ترموکوپل می‌رسد، نصب آن باید توسط کارشناس انجام شود یا طبق دفترچه راهنمایی که دارد آن را نصب کنید.
- برای اینکه ترموکوپل دمای مورد نظر را نشان دهند و بازده درستی داشته باشد باید کابل‌های آن را به دستگاه اندازه‌گیری متصل کنید.
- در این بخش باید دستگاه اندازه‌گیری دما را تنظیم کنید، برای این کار باید تنظیمات نوع ترموکوپل، واحدهای اندازه‌گیری، دقت اندازه‌گیری و سایر پارمترها را مشخص کنید. در نهایت باید تست اعتبارسنجی آن را انجام دهید تا مطمئن شوید که این قطعه طبق استانداردهای مشخص شده کار می‌کندو هیچگونه ایرادی ندارد.
در نهایت دریافتیم…
ترموکوپل‌ها تجهیزات مورد اعتماد و درستی برای اندازه‌گیری دما هستند، برای اینکه ترموکوپل عملکرد درستی داشته باشد باید به نوع و محل نصب آن توجه داشته باشید. برای خرید ترموکوپل بهتر است به فروشگاه‌های معتبر مراجعه کنید بدین ترتیب با خیالی راحت و آسوده می‌توانید محصول مورد نظرتان را با گارانتی و ضمانت پس از فروش خریداری کنید. اگر زمان لازم برای خرید حضوری را ندارید بهتر است به صورت آنلاین این کار را انجام دهید. وب‌سایت ترمو دیجیت یکی از فروشگاه‌های آنلاین در کشور است که علاوه بر ترموکوپل محصولات الکتریکی با کیفیتی را در اختیارتان قرار می‌دهد، فقط کافیست به فروشگاه ترمو دیجیت سری بزنید.
⁐ سوالات متداول درباره انواع ترموکوپل ⁐
دقت اندازه‌گیری ترموکوپل نشان دهنده چیست؟
این پارامتر نشان می‌دهد که با افزایش یک درجه سانتی‌گراد دما، ولتاژ خروجی ترموکوپل چند میلی‌ولت تغییر می‌کند.
آیا راهی وجود دارد تا تشخیص دهیم که کدامیک از ترموکوپل‌ها اصلی یا تقلبی است؟
تنها راه خرید از فروشگاه‌های معتبر و فروشگاه‌هایی که ضمانت سلامت کالا دارند و محصولات آن‌ها مشمول گارانتی است.